Основы биотехнологии

МО способны усваивать различные углерод-содержащие субстраты: 1, 2, 3 поколения. (1 поколения – углеводы; 2 поколения – жидкие УВ; 3 поколения – газообразные УВ, СО2, смесь СО2+Н2). Схема МО производства белка будет состоять из 3 основных стадий. В основном все процессы проводятся в непрерывном режиме.Субстраты 1-ого поколения: в качестве субстрата стали исп. отходы с-х и деревообрабатывающая промышленность и на отходах спиртовой промышленности. Также отходы содержат моно- и ди- сахара, орган. ки-ты, спирты, минеральные элементы, т.е. питательные среды, приготавливают на их основе многокомпонентные субстраты. Поэтому при их применении исп. продуценты, способные, во-первых, усваивать углеводы, во-вторых, быть устойчивыми к спиртам и др. продуктам гидролиза растительных биомасс (дрожжи рода Candida). Культивирование среды проводят при рН=4,5, t=30-40 в зависимости от штама дрожжей. Состав биомассы будет содержать белки (43-50%), липиды (3%), углеводы (11-23%). Выход дрожжей из 1 тонны целлюлозы 37 кг при комплексном получении дрожжей и спирта и 96 кг при получении только дрожжей. Субстраты 2-ого поколения: ж УВ: МО способны усваивать почти все классы УВ в том числе дизельную фракции, сырую нефть и др. НФ. При получении биомассы на УВ имеются определенные ограничения, т.к. в исх. алканах могут присутствовать циклы. УВ, поэтому в качестве сырья могут быть исп. только очищенные алканы с содержанием аромат. УВ с содержанием не более 0,01%. Алканы не растворяются в воде, поэтому культивирование должно проводиться в эмульсии, представ. собой в мелкодиспергированной среде капли H2. Кроме перемешивания, на эффективность диспергиров оказывает влияние поверхностное натяжение. Для его снижения добавляют ПАВ. Кроме ПАВ среда должна содержать источники N2, P и др. МО. Содержание УВ должно составлять от 3 до 5%. С увеличением конц. Углерода потребность клеток в О2 возрастает, т.к. потребность УВ происходит в режи-ме интенсивной аэрации. Пример: экономически выгодный процесс производства белка на ж УВ регулируется в 12-секционном ферментере объемом 800 м3 при рабочем объеме 320 м3. Суспензия в ходе ферментации последовательно проходит все секции, при этом в пер-вых 9 секциях происходит активный рост клеток при непрерывных поступлениях угле-родного субстрата, а в последних 3-х секциях происходит стадия дозревания – подача субстрата прекращается, происходит стадия доокисления и доутилизация остаточного субстрата. Почти полностью утилизируется субстрат и получаются продукты с допус-тимым уровнем остаточного УВ (не более 0,01). Время культивирования 8 часов, t=35 , рН=4,5. Биомасса, получаемая на УВ содержит до 60% белка, 5% жиров, 10-20% углеводов. Субстраты 3-ого поколения: самые эффективные спирты, природный газ, УВ. Все исследования по поиску продуцентов были начаты на метаноле и этаноле (субстраты, дрожжи, бактерии). Преимущество метанола по сравнению с ж УВ состоит в хорошей растворимости в воде, высокой чистоте, отсутствии канцерогенных примесей и высокой летучести. Это позволяет легко удалять его остатки из готовых продуктов. Тепловыделение в проц. ферментации на метаноле ниже. При исп. в качестве продуцента дрож-жей режим культивирования такой же, получаемые дрожжи на CH3OH: белок 56-60%, липиды 5%, НК 5%. При использовании в кач-ве продуцентов бактерий процесс про-водят при 30°, рН=6,5, 3-4 суток. Бактериальная биомасса по сравнению с дрожжевой будет иметь больше азота. Содержание компонентов: белок – 74%, НК – 10-15%.

Для получения высокоочищенного субстрата для получения белков пищевого назначения явл. этанол. Эффектив. продуценты – дрожжи. При исп. CH4 возникает ряд проблем: CH4 поступает из газовой фазы и имеет низкую растворимость, поэтому скорость его растворения определяет скорость роста продуцента. Рост биомассы сопровождается выделением промежут. продуктов окисления CH4, кот. будут ингиби-ровать продуцента. Поэтому нужно исп. микробную ассоциацию, в составе которой будут виды, способные утилизировать продуцента. В связи с этим требуется большое кол-во O2. В 5 раз больше, чем на углеводах и на окислении на жидких УВ. Биомасса будет содержать: 95% белков, 10% НК, 5% липидов.

Биотехнологическое производства АК

АК имеют широкое применение в различных областях, например: *исп. пищевой промышлен.; *фармацевтической; Примеры АК: *L-глутомат; L-лизин; L-метионин. Б/т получение АК-это прямая ферментация, т.е. данный способ основан на способности микроорганизмов (продуцентов) продуцировать АК и обеспечивать реализацию через сверх-синтез в определен. условиях. Биосинтез АК в бактериальных клетках протекает в виде «свободных АК», из котор. в процессе метаболизма синтезир. клеточн. макромолек., для синтеза всех белков требуется 20 АК. Одни АК явл. предшественник. для синтеза д. Наприм.: глутамат явл. предшественником для аргинина и пролина; аспоргиновая ки-т-предшественник для метионина и треонина (-предш. изолейцина). Продуценты - микробактерии и бактерии, бациллы и кишечная палочка, каринобактерии. Исп. в промышленности бактерии можно разделить на следующие типы: *природные бактерии (дикие штаммы); *различные мутанты (штаммы, которые были получены с помощью мутагенеза), т.е. человек сделал под себя св-ва. Для получения глутамата, валина, пролина возможно применение природных штамов и усиление у них продукции АК за счет условий ферментации. Например: высокий выход глутамата (до 30 г/л) возможен при полном подавлении активности фермента α-кетоглутаратдегидрогеназа и добавление в среду антибиотиков и ПАВ для увеличения проницаемости клеточных мембран для глутамата. Например: увеличение С(NH4+) в питательной среде стимулирует образованием пролина. Производственные процессы получения АК проводят в условиях глубинной, аэробной, периодической ферментации. Скорость синтеза АК не совпадает по времени со скоро-стью роста культуры. Max образование АК наступает, когда прирост биомассы прекра-щается, тогда питательная среда на 1-ом этапе ферментации должна обеспечить балансирование роста клеток, на 2-ом этапе – условие для сверх-синтеза целевой АК. В качестве источника углерода явл. углеводы – т.е. сахаросодержащее сырье. Пример: производство глуталиновой ки-ты. Синтез происходит в цикле триКК: Т.К. гуталиновая к-та в основном исп. в фармакологии и промышленности пищевой, то основная задача постферментационной стадии – это получение высокоочищенных препаратов. Для этого на 1-ом этапе обработки культуральной ж в неё добавляют негашёную известь, затем избыток ионов осаждают ки-той и осадок удаляют центрифугированием. Фильтрат после осветления активированным углем и сорбцией на ионно-обменных смолах концентрируют выпариванием при 40-60 . Осаждение кристаллов глуталиновой ки-ты проводят в изоэлектрической точке, т.е. при рН=3,2; в результате перекристаллизации чистота продукта – до 99,6%. Затем центрифугируют, промывают и высушивают кристаллы. После добавляют щелочь и образ. глутамат.

Получение органических ки-т (ОК)

Более 50% ОК можно получить с помощью микробиологического синтеза. Это производство лимонной ки-ты, молочной, УК, пропионовой и др. Продуценты орган. ки-т: *бактерии; *дрожжи; *грибы. ОК в синтезе метаболизма бактерий явл. продуктам деградации (разрушение) источника углерода. Прим.: лимонная, янтарная, фумаровая, яблочные ки-ты – это интермедиаты ЦТК у аэробных бактерий; молочная, масляная и пропионовая ки-ты- это конечные продукты метаболизма, углеводов у анаэробных бактерий; УК – это продукт окисления этанола.Условия для сверх-синтеза: при сбалансированном ценной питательной среде накопление органических ки-т не происходит, так как органические ки-ты – исходный материал для синтеза других макромолекул. Сверх-синтез ОК происходит при торможении скорости роста продуцента и блокировании процессов биосинтеза,условиями явл.: избыточно содержание в среде источника углевода и дефицит биогенных эл-тов, ограничивающий биогенных элементов, ограничивающих рост клеток (дефицит N2 или P). Поэтому микробиологич. процессы получения АК тоже явл. 2-х фазными: *сбалансированный рост при max накоплении биомассы при потреблении углеродного субстрата и дефиците биогенного элемента; *замедление скорости роста, прирост биомассы прекращается и начинается активное кислотообр.. Еще необходим величина рН-среды и хорошая аэрация.Субстратами явл.: *глюкоза и сахароза; *комплексные среды (меласса, гидролизный крахмал); *ж УВ. Способы ферментации: *поверхностные ж- и тв- фазные процессы; *глубинные процессы; *с исп. иммобилизованных целых клеток и ферментов.

Получение лимонной ки-ты (ЛК)

Исп. в медицине пищевой и косметической промышлен. и технике. ЛК образуется в цикле триКК. Для получения в промышленности исп. поверхностные и глубинные способы культивирования. Сверх-синтез происходит при содержании саха-ров среди 15-20% и дефиците фосфора. Оптимум рН на стадии ки-т образования 2. В более щелочной среде процесс сдвигается в стороны накопления щавелевой и глута-новой ки-т. Поверхностный способ получения проводят на тв сыпучей среде или на ж среде. При данном способе ферментации питательную среду помещают в кювету слоем от 8 до 18 см. Эти кюветы размещают на стеллажах в спец. номерах из потока стерильного воздуха поверхность среды засевают грибной культурой. Температура в камере 33 . Процесс завершен, когда остаточное содержание сахаров 1%, а продуктов ЛК 95%. Сбражженный ра-р сливают и отправляют на обработку.Если глубинное культивирован. -то 2 стадии. Ферментация при 30-32 , непрерывном перемешивании в течение 5-7 суток. В культуральной ж кроме ЛК также будет содержаться глуконовая и щавелевая ки-ты, остатки сахаров и лимонных солей. Для выделения ЛК из данного р-ра ее связывают с Са(ОН)2 с образованием цитрата кальция. Кальциевые соли ЛК и щавел. ки-т выпадают в ↓, а глюконат кальция и минеральные компоненты-остаются в ра-ре, осадок отделяют, промывают, высушивают. Для перевода ЛК в свободное состояние и освобождения от оксалата кальция осадок обрабатывают H2SO4. Ра-р ЛК фильтруют, концентрируют выпариванием и затем кристаллиз. при 10 и готовый продукт содержит не менее 99,5% ки-ты.

Получение молочной ки-ты

Молочная ки-та (СН3СНОНСООН) – органич. одноосновная ки-та, образуемая в рез-те анаэробного превращения углеводов молочнокислыми бактериями. Образование молочной ки-ты из глюкозы возможно несколькими путями. Например: при сбраживании гомоферментными молочнокислыми бактериями: С6Н12О62СН2ОН2СНОНСНО(гли-церальдегид)2СН3СОСНО (метилглиоксаль)+2Н2О, СН3СОСНО (метилглиосаль)+ Н2ОСН3СНОНСООН (молоч. ки-та). Например: гетероферментный путь, включает распад глюкозы до пировиноградной ки-ты и восстановление последней до ки-ты: С6Н12О6СН3СОСООН+Н2 СН3СНОНСООН. Для промышленного получения ки-ты исп. гомоферментные молочнокислые бактерии. У гомоферментных молочнокислых бактерий только 3 % субстрата превращается в клеточный материал: а остальной – трансформируется в ки-ту, выход достигает до 1.5 %. Теоретически из 1 моля глюкозы должно образов. 2 моля лактата. На практике - 1.8 моля, выход продукта достигает 90 %. Применяют в пищевой промышленности для получения напитков, мармеладов, в процессах консервирования, а также в кормопроизводстве. Соли ки-ты исп. в фармацевтике. Промышленное производство ки-ты начато с участием молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii, L. leichmannii, L.bulgaricus. Молочнокислое брожение протекает в анаэробных условиях. В качестве сырья исп. сахарную и тростниковую мелассу и гидролизаты крахмала, при этом конц. сахаров в исх. среде в зависимости от характера брожения составляет примерно от 5 до 20 %. Исп. восстановленные формы N2, сульфаты или фосфаты NH4, а также солод и кукурузный экстракт в качестве источника факторов роста. Возможно исп. сульфитного щелока с участием бактерий L. delbrueckii. Ферментацию проводят в глубинной культуре при рН 6.3– 6.5 и t=50С. Длительность процесса составляет до 7–11 суток. В ходе процесса брожения для коррекции изменяющегося рН в культуру вносят мел, 3–4 раза в течение суток. Конечная конц. образующегося лактата кальция 10–15 %, остаточная конц. сахаров – 0.5–0.7 %. На стадии получения готового продукта культуральную среду нагревают до 80–90, затем нейтрализуют гашеной известью до слабощелочной ре-ции. После отстаивания в течение 3–5 ч взвешенные частицы декантируют. После этого ра-р лактата кальция подают на фильтр-пресс. Фильтрат упаривают до конц. 27–30 %, охлаждают до 25–30 и подвергают кристаллизации. Промытый лактат кальция отделяют центрифугированием и подвергают расщеплению H2SO4 при 60–70. Сырую ки-ту 18–20 % конц. упаривают в несколько этапов в вакуум-выпарных аппаратах до 70 % конц. Отфильтрованную ки-ту подают на розлив с внесением небольших кол-в мела, при этом 10 % ки-ты превращается в кристаллический лактат, который связывает ки-ту.

Получение уксусной ки-ты (УК) УК (СН3СООН) – широко исп. в пищевой, хим., микробиологической промышленности, в медицине. В больших масштабах уксус долго получали в плоских открытых бочках, в которых пленка бактерий плавала на поверхности. Уксуснокислое брожение основано на способности уксуснокислых бактерий окислять спирт O2 воздуха с участием алкогольдегидрогеназы в УК: СН3СН2ОН + О2  СН3СООН + Н2О, при этом из 1 моля этанола образуется моль УК. Данный процесс могут реализовать многие бактерии, но в промышленных технологиях для получ уксуса исп. уксуснокислые бактерии рода Aceto-, также Glucono- bacter. Большую часть уксуса получают, исп. разведенный спирт. В настоящее время процесс реализуют как поверхностным, так и глубинным способом. Поверхностный режим протекает в струйных генераторах, наполненных древесной стружкой, объемом до 60л. Исх. питательный ра-р с бактериями распыляют по поверх-ности стружек, и он стекает, собираясь в нижней части аппарата. После этого ж соби-рают и вновь закачивают в верхнюю часть аппарата. Процедуру повторяют 3–4 раза, в результате в течение 3-х дней до 90 % спирта трансформируется в ацетат. Современные промышленные процессы получения уксуса реализуют в глубинной культуре в спец. аэрационных аппаратах с термостабилизацией и механической системой пено-гашения. Скорость аэрации составляет 3.4 м3 /м3 ч., вращение ротора-1500 об./мин., t 30С. Исх. инокулируемая смесь содержит этанол и УК около 5 и 7 %; конечная конц. уксуса через 1.5 суток составляет 12–13 %. Процесс-полупроточный, отливнодоливный. Каждые 30–35 часов до 60 % культуры заменяют на свежее сусло. При глубинной фер-ментации выход продукта на 1 м3 в 10 раз выше по сравнению с поверхностной фер-ментацией. Непрерывный способ получения УК в батарее последовательно работающих ферментеров (обычно 5 аппаратов). t культивирования 28° для Acetobacter и 35° при исп. в качестве продуцента культуры Bact. schutzenbachii. Наилучшим сырьем для процесса явл. C2H5OH, полученный из зерно-картоф. сырья, при его конц. около 10 %, рН=3. При ↑ содержания УК в культуре свыше 8 % рост бактерий замедляется, при 12–14 % прекращается. Поэтому процесс проводят в батарее последовательно соединенных аппаратов. Первый выполн. роль инокулятора, поэтому в него непрерывно подают свежую среду и поддерживают условия. Культура из 1 аппарата поступает во 2 аппарат и далее в последующие, транспортировка культуральной ж осущ. воздухом. В каждом аппарате условия ферментации стабилизируются в соответствии с требован. течения хода ферментации, при ↓t среды от 28° в первом аппарате до 25° – в последнем. Режим аэрации также изменяется, от 0.4 до 0.15 м3 /м3 мин, конц. спирта 40%. Из последнего аппарата выводится культуральная ж с содержанием ацетата 9.0-9.3 %. Выход составляет до 90 кг из 100 л безводного спирта. На постферментационной стадии после отделения бактериальной биомассы ра-р уксуса фильтруют, освобождая от окрашенных и взвешенных частиц, далее подвергают пастеризации. Для ↑ конц. исх. ра-ры вымораживают до 20–30%. Дальнейшее концентрирование до получения ледяной УК (98.0–99.8 %), проводят перегонкой.

Биотехнология получения витаминов Получение возможно химич. и микробиологич. синтезом. Микробиол. путем получают витамины группы B, а также эргостерин и каротин (предшественник витамина D2 и А). Получение витамина B12 (α-5,6-диметилбензинидазолцианкобаламин) Метод получения-Микробиологический способ. Продуценты - пропионовые бактерии. Получение с помощью пропионовых бактерий, кот. способны к синтезу 5,6-диметил-бензинидазол происходит в 2 стадии в 2-ух последовательных ферментерах. В 1 стадии-анаэробные условия до полной утилизации сахара. Полученную биомассу центрифугир. и переносят во 2 ферментер, где аэрации среды больше. рН- нейтральная. И по окончании ферментации выделяют витамин из клеток, при дальнейшей обработке цианидом происходит образование цианкобаламина. Выход около 40 мг/мл. Для животноводства витамин В12 получают с помощью микробной ассоциации метаногенных бактерий. Ассоциация состоит из 4 бактерий, последовательно рас-щепляющих субстрат до CO2 и CH4: углеводсбраживающие бактерии, аммонийфиксирующие, сульфатвосстанавливающие и метанообразующ. бактерии. Брожение проис-ходит при t 55°, в нестерильных условиях в 2 фазы. На 1 и 2 фазе обра-зуются жирные ки-ты и CH4, а потом CO2, CH4 и вит. В12. Процесс идет 2-3 суток. Выход≈100 мкг/г. Получение витамина В2 (рибофлавин) Продуценты-бактерии, дрожжи, грибы. Возможен микробиологич., химич. и комбини-рованный способ, когда рибоза, синтезируемая МО, химически трансформируется в рибофлавин. Для медицинских целей В2 получают с помощью гриба Aspergillus. Для получения высокого выхода (до 7 г/л) исп-ся усовершенственные штаммы и оптимизируются по составу среды.Ферментация:7 суток при 28°, среда в процессе ферментации из-за выделения ки-та подкисляется. После утилизации источника С продуцент утилизирует ки-ты, рН ↑, начинается образование витамина. На постферментационной стадии для выделения В2 из грибного мицелия проводят нагревание.

Биотехнологическое получение Антибиотиков (АБ)

Продуценты – бактерии, актиномицеты, грибы.70% АБ синтезируют актиномицеты: тетрациклины, неомицины. Грибы синтезируют около 1200 АБ: пенициллин, аспергиллиус, цефалоспарин. 1 организм может синтезировать несколько АБ. Особенность развития продуцентов АБ – двухфазность процесса. В 1 фазе – накоп-ление биомассы продуцента на фоне потребления углеродного субстрата, при этом может происходить изменение рН. На 2 фазе прирост биомассы прекращается, может происходить падение конц-ции клеток. В ферментере организуется режим пеногашения (химич. природы, органич. природы). В зависимости от природы продуцента в качестве источника углерода применяют субстраты: для пенициллина – глюкоза, лактоза, для грамицидина – глицерин, соли янтарной ки-ты, для стрептомицина – глюкоза. В кач-ве источника азота исп. восстановленные формы (NH4+ и аминоки-ты). Большое значение имеет концентрации P, S, Mn, Fe, Co. Для увеличения выхода в среду вносят предшественник синтеза данного АБ. Контроль рН, t°, аэрация. Инженерная энзимология

Это система методов получения очистки, стабилизации и применения ферментов. Основная задача – конструирование биоорганических cat с заданными св-вами на основе ферментов или ферментных комплексов, и разработка на их основе эффективных и экологически чистых БТ-процессов (в пищ. промышленности, в биоэнергетике, биокатализе и в аналитических целях) Ферменты – катализаторы белковой природы, вырабатываемые тканями и клетками организмов и способные во много раз ускорять химические и биохим. р-ции (биокатализаторы). Источники ферментов – растительные и животные ткани, МО, например, крахмал гидролизует амилазы, продуцентами которых явл. бактерии и грибы. Например, пиктонолитические ферменты образуют фитомутагенные грибы. Продуцентами липаз, кот. разрушают жиры, явл. грибы и дрожжи, например, продуцентом фосфогеназы явл. анаэробные бактерии. В хлебопечении амилазы ускоряют процесс созревания теста. Лактазу исп. для удаления молочного сахара из молока. Инвертазы сахаров предупреждают кристаллизацию сахарозы, поэтому их применяют в кондитерской промышленности. С помощью лактазы из продуктов удаляют H2O2, целлюлазы применяют для осахаривания крахмала из картофеля и зерна, и для увеличения выхода агар-агара из водорослей. Протеолитические ферменты применяют в сыроварении. Пектиназы и гемицеллюлазы повыш. доступность и усвояемость кормов и ускоряют процесс силусования. Холестеринэстераза гидролизует холестерин, кот. скапливается на сосудах. Препараты протеиназ обладают тромболитическим действием. Получение с помощью микроорганизмов Природные продуценты не синтезируют ферменты в избыт. кол-вах, т.к. процесс их синтеза находится под строгим ген. контролем. Один из таких способов контроля – индукция (индуцибельные ферменты), поэтому процесс ферментации с целью получения индуцибельных ферментов ведут в присутствии субстрата – индуктора. Например, для получения амилаз в среду добавляют крахмал, липаз – жиры, инвертаз – сахарозу. Выход ферментов можно увеличить методами ген. инженерии и методами молекулярного биолог. (генетич. контроля). На продукцию ферментов оказывает состав пит. среды и услов. культивирования. Например, большинство грибов рода «Aspergillus», хорошо растут на синтетической среде сахарозы и нитратов. Для синтеза амилазы лучше сахарозу заменить крахмалом и увеличить конц-цию С и N2 в среде. При этом активность фермента возраст. в 3 раза. Добавление АК еще повышает выход фермента в 5 раз. Оптимизируя состав среды можно повысить выход амилазы в 500 раз. Источником С и N2 явл. природное сырье – кукурузный экстракт, соевая мука и гидролизаты дрожжевых биомасс. На синтез ферментов влияет наличие солей Mg, Mn, Fe, Zn, Cu и др. Произ-во ферментов проводят 2-мя способами: поверхностным и глубинным (ферментеры). Глубинную ферментацию проводят в ферментерах объемом 100 м3 , синтез 3-4 суток, при непрерывной подаче стерильного воздуха, стабилизации рН и t°. Незначит. изменение заданных параметров могут вызвать многократное снижение активности. Пример: в течение 1 периода (25-30 ч) мицелий бурно развивается и происходит быстрое потребление субстрата, затем в среду вносят индуктор. Затем начинается синтез целевого фермента. Периодически, при необход., в среду вносят стерильный пеногаситель, добавку углеродного субстрата и раствор для стабилизации рН. Процесс образования биомассы продуцентов не совпадает во времени с max продукцией фермента. При этом условия для образования фермента могут отличаться от условий для синтеза биомассы. Известны процессы, протекающие в 2-ух последовательных ферментерах. В 1 – задаются усло-вия для роста мицелия, а во 2 – для синтеза и накопления фермента. После завершения ферментации для предотвращения иноктивации фермента – культуральную ж, охлаждают до 5° и отправляют на обработку. После отделения мицелия культуральную среду концентрируют под вакуумом или ультрафильтрацией, часто при низкой t°. Глубокая очистка фермента приводит к потере фермента и явл. дорогой. Например, ферментные препараты, получаемые при поверхностной ферментации, выпускают в виде высушенных отрубей с остатками мицелия. Р-р фермента хранят при низкой t (соли Ca, NaCl, сорбит, бензоат) со стабилизаторами. Процесс высушивания ферментов проводят на распылительных или вакуумных аппаратах в щадящем t-режиме.

Б/т процессы на основе иммобилизированных ферментов

Методы иммобилизации: обратимые (адсорбция, ионное связывание, аффинное связывание, металло-хилатное связывание) и необратимые (капсулирование, включение, сшивка, ковалентное связывание). Сфера применения – орг. синтез, в аналит. целях, получение целевых продуктов, конверсия растит. сырья, создание лекарств. Для получения целевых продуктов разработаны спец. ферментеры, имеющие сходство с реакторами для хим. процессов с гетерогенным катализом. Иммобилизов. ферменты в таком ферментере представляют собой неподвижную фазу, через кот. протекает субстрат, подвергающийся биопревращению. Ферментеры бывают периодич. и непрерывного действия. Фермент, включающиеся в полимерную структуру представляет собой малые сферич. системы одинакового размера. Это обеспечивает большую площадь реакционной пов-ти и улучшает диффузию. Такие гранулы с ферментом максимально плотно укладываются в ферментере, поэтому конц. фермента выше по сравнению с системами на основе микробных клеток. Это обеспечивает большую производительность и высокий выход продукта. Одностадийные превращения субстрата с исп. иммобилиз. ферментов проводят в проточных ферментерах с и без перемешивани(я). В реакторах с перемешиванием возможно разрушение мягких частиц геля. применяют также ферментеры периодич. действия, в кот. фермент включен в гель в виде монолитного блока, в кот. он заполняет весь объем ферментера. В толще геля для осущ. газо- и массо- обмена формируют вертикальные каналы. Пример: с помощью иммобилизир. фермента получают глюкозно-фруктозные сиропы, L-АК, безлактозное молоко, сахара из молочной сыворотки. Получение сиропов – самый крупномасштабный процесс на основе ферментов. Можно получить смесь сахаров, а можно – чистую фруктозу. Биохимич. сущность такого проц. сводится к превращению глюкозы во фруктозу под действием иммобилизированной глюкозоизомеразы. Р-ция протекает в одну стадию до тех пор, пока в реакц. смеси, кол-во продуктов не уравняется. Конечный продукт – данный раствор, либо фруктоза, выделенная из раствора, а глюкоза опять становится субстратом. Процесс непрерывный, в ферментерах колоночного типа h до 5 м. Время полиноктивации ферментера 20 – 50 суток, т.е. заменять или обновлять фермент стоит 1 раз в 2 или 3 месяца. Производительность-1-9 тонн сиропа на 1 кг иммобилизованного фермента.

Исх. сырье для получения L-АК – смесь D, L- АК (триптофан, метионин, гуанин), раствор, который пропускают через ферментер колоночного типа, заполненного иммобилиз. амино-ацелазой. Фермент гидролизует L-ацилизомеры после отщепления ацильной группы и молекулы L-АК выводятся из ферментера через мембрану. Период полуиноктивации фермента-6 суток. Аспарагиновую к-ту получ. с помощью аспартазы, время полуиноктивации-30 суток, субстрат-фумаровая ки-та, т.е. фермент, присоединяя NH3 к двойной связи фума-ровой ки-ты в одну стадию образует оптически активную форму L-аспарагиновой ки-ты. В орг. синтезе такие системы применяют для получения лекарств (а/б, стероидов и т.д.). Возможно получение более эффективных аналогов а/б пенициллинового ряда, модификация которых химич. путем явл. очень сложной задачей, наприм., на основе пинициллинамидазы реализуют процесс деацилирования бензилпенициллина, кот. явл. сырьем для получения 6-аминопенициллановой ки-ты. Данный процесс протекает в одну стадию при обычных условиях при температуре 10-40°С. На основе этого же фер-мента разрабатывают процесс получения 7-аминоцитоксицефалоспоровой к-ты, кот. явл. субстратом для получения новых цефалоспаринов. Также разрабат. процессы превращения достаточно доступных субстратов (фумарата аммония, фенола, индола, пирувата аммония) в редкие аминоки-ты (тирозин, фенилаланин, триптофан, 5-окси-триптофан) с участием лиаз. Разрабатывают процессы получения орг. к-т из фумаровой к-ты.

Ферментные методы анализа характеризуются высокой чувствительностью, быстродействием, возможностью применения в многокомпонентных средах. Созданы электрохимич., био- и хемолюминесцентные методы регистрации. Ферментный эл-д – электрод Кларка. Ферментный электрод для определения глюкозы. В указанном устройстве на поверхности газопроницаемой мембраны амперометрического датчика, предназначенного для определения концентрации молекулярного кислорода (электрод Кларка), был нанесен слой геля, содержащий иммобилизованную глюкозооксидазу (ГОД) (рис. 1). ГОД – фермент, который катализирует процесс окисления глюкозы молекулярным кислородом: глюкоза + О2 Глюконовая ки-та + Н2О2